שיתוף הפעולה של DESI עורך ניסוי פורץ דרך להבנת ההתפשטות וההאצה של היקום. עבודתם עם מכשיר ה-DESI אפשרה להם למפות את הקוסמוס משלביו המוקדמים ועד להווה, ומאתגרת את המודלים הקיימים של היקום. ממצאים ראשוניים מצביעים על כך שיש עוד מה לגלות על אנרגיה אפלה ותאוצה קוסמית. הגישה החדשנית של הפרויקט, הכוללת ניתוח עיוור לחלוטין, מבטיחה שמסקנותיהם מבוססות על נתונים חסרי פניות, וסוללת את הדרך לתגליות עתידיות באסטרופיזיקה. קרדיט: twoday.co.il.com
ה DESI שיתוף הפעולה בוחן את ההתפשטות המואצת של היקום באמצעות מיפוי מקיף משלביו המוקדמים ועד היום. הממצאים שלהם מאתגרים מודלים קוסמיים מסורתיים ומציעים תובנות חדשות לגבי אנרגיה אפלה, והכל תוך שימוש בשיטות מחקר פורצות דרך, חסרות פניות.
צוות חוקרים, כולל אסטרופיזיקאי מאוניברסיטת טקסס בדאלאס, כחלק משיתוף הפעולה הספקטרוסקופי של אנרגיה כהה (DESI), מוביל ניסוי פורץ דרך שמטרתו לחקור את התפשטות היקום ותאוצה.
ד"ר מוסטפא ישאק-בושאקי, פרופסור לפיזיקה בבית הספר למדעי הטבע ומתמטיקה (NSM) ב-UT Dallas, הוא חבר בשיתוף הפעולה של DESI, קבוצה בינלאומית של יותר מ-900 חוקרים מלמעלה מ-70 מוסדות ברחבי העולם העוסקים ב ניסוי רב-שנתי להגברת ההבנה של ההיסטוריה והגורל של הקוסמוס.
ב-4 באפריל, Ishak-Boushaki הציג ניתוחים של שנת הנתונים הראשונה שנאספו על ידי ניסוי DESI בפגישה של האגודה האמריקנית לפיזיקה בסקרמנטו, קליפורניה, יחד עם שני מדעני DESI נוספים. אישק-בושאקי הציג את התוצאות הקוסמולוגיות שנגזרו מנתוני DESI ואת ההשלכות שלהם על היקום. חוקרים גם שיתפו תוצאות מהשנה הראשונה של נתונים שנאספו במספר מאמרים שפורסמו באתר ה-preprint arXiv.
תפקידו של מכשיר ה-DESI
מכשיר ה-DESI, הממוקם במצפה הכוכבים הלאומי Kitt Peak (KPNO) באריזונה, אוסף אור מהחלקים הרחוקים ביותר של היקום, מה שמאפשר למדענים למפות את הקוסמוס כפי שהיה בצעירותו ולעקוב אחר התפתחותו למה שנצפה היום. ההבנה כיצד היקום התפתח קשורה לאופן בו הוא מסתיים ולאחת התעלומות הגדולות בפיזיקה: מה עומד מאחורי התצפית כי התפשטות היקום מואצת?
הניתוח של השנה הראשונה של איסוף הנתונים של DESI אישר את היסודות של מה שמדענים מחזיקים בתור המודל הטוב ביותר של היקום, אבל הוא גם מרמז שיש עוד מה ללמוד על הגורם הבסיסי, או הסיבות, של תאוצה קוסמית, שגילויה הוביל לפרס נובל בפיזיקה ב-2011.
DESI יצרה את המפה התלת-ממדית הגדולה ביותר של היקום שלנו עד כה. כדור הארץ נמצא במרכז הפרוסה הדקה הזו של המפה המלאה. בקטע המוגדל, קל לראות את המבנה הבסיסי של החומר ביקום שלנו. קרדיט: שיתוף פעולה של קלייר לממן/DESI; חבילת מפת צבע מותאמת אישית מאת cmastro
תאוצה קוסמית היא בעייתית מכיוון שהיא מנוגדת לאופן שבו כוח הכבידה, שגורם לעצמים בעלי מסה להימשך יחד, נצפה לפעול במערכת השמש שלנו ובחלל הסמוך.
"כוח הכבידה מושך את החומר יחד, כך שכאשר אנו זורקים כדור באוויר, כוח המשיכה של כדור הארץ מושך אותו כלפי מטה לכיוון כוכב הלכת", אמר ישאק-בושאקי. "אבל בקנה מידה הגדול ביותר, היקום פועל אחרת. זה מתנהג כאילו יש משהו דוחה שמרחיק את היקום ומאיץ את התפשטותו. זוהי תעלומה גדולה, ואנחנו חוקרים אותה בכמה חזיתות. האם זו אנרגיה אפלה לא ידועה ביקום, או שמא מדובר בשינוי של תורת הכבידה של אלברט איינשטיין בקנה מידה קוסמולוגי?"
חקר האנרגיה האפלה וההתפשטות של היקום
אנרגיה אפלה נחשבת על ידי מדענים רבים כממלאת תפקיד מפתח בתאוצה קוסמית, אך היא אינה מובנת היטב. יש הטוענים שזהו קבוע קוסמולוגי – תכונה מהותית של המרחב שמניעה את התאוצה.
כדי לחקור את השפעות האנרגיה האפלה במהלך 11 מיליארד השנים האחרונות, קבוצת DESI יצרה את המפה התלת-ממדית הגדולה ביותר של הקוסמוס שנבנתה אי פעם באמצעות המדידות המדויקות ביותר עד כה. זו הפעם הראשונה שמדענים מדדו את היסטוריית ההתפשטות של היקום הצעיר בדיוק של יותר מ-1%.
המודל המוביל של היקום ידוע בשם Lambda-CDM. הוא כולל גם חומר רגיל וגם סוג של חומר שמקיים אינטראקציה לעתים נדירות הנקרא חומר אפל קר (CDM) ואנרגיה אפלה, הידועה בשם Lambda. גם החומר וגם האנרגיה האפלה מעצבים את אופן התפשטות היקום, אך בדרכים מנוגדות. באמצעות משיכה כבידה, החומר והחומר האפל מאטים את ההתפשטות, בעוד שאנרגיה אפלה מאיצה אותה. הכמות של כל אחד מהם משפיעה על האופן שבו היקום מתפתח. מודל זה יעיל באימות תוצאות מניסויים קודמים ובתיאור כיצד נראה היקום לאורך זמן, אמר ישאק-בושאקי.
אנימציה זו מראה כיצד תנודות אקוסטיות באריון פועלות כשליט קוסמי למדידת התפשטות היקום. קרדיט: שיתוף הפעולה של קלייר לממן/DESI ומעבדת ג'ני נוס/ברקלי
כאשר תוצאות השנה הראשונה של DESI משולבות עם נתונים ממחקרים אחרים, לעומת זאת, ישנם כמה הבדלים עדינים ממה שמודל Lambda-CDM חוזה.
"התוצאות שלנו מראות כמה סטיות מעניינות מהמודל הסטנדרטי של היקום שיכולות להצביע על כך שאנרגיה אפלה מתפתחת עם הזמן", אמר ישאק-בושאקי. "ככל שנאסוף יותר נתונים, כך נהיה מצוידים יותר כדי לקבוע אם הממצא הזה מתקיים. עם נתונים נוספים, אנו עשויים לזהות הסברים שונים לתוצאה שאנו רואים או לאשש אותה. אם היא תימשך, תוצאה כזו תשפוך מעט אור על מה שגורם לתאוצה קוסמית ותספק צעד ענק בהבנת התפתחות היקום שלנו".
נתונים נוספים ישפרו גם את התוצאות המוקדמות האחרות של DESI, ששוקלות את קבוע האבל – מדד למהירות התפשטות היקום כיום – ואת מסת החלקיקים הנקראים נויטרינו.
חשיבות הניתוח העיוור במחקר
DESI הוא הניסוי הספקטרוסקופי הראשון שמבצע ניתוח עיוור לחלוטין, המסתיר את התוצאה האמיתית מהמדענים כדי להימנע מכל הטיית אישור תת-מודע. החוקרים עובדים "עיוור" עם נתונים שהשתנו וכותבים קוד מחשב כדי לנתח את הממצאים שלהם. לאחר שהכל הושלם, הם מיישמים את הניתוח שלהם על הנתונים המקוריים כדי לחשוף את התשובה בפועל.
"ד"ר. המחקר של ישק-בושאקי ושיתוף הפעולה שלו עם מדענים בכ-70 מוסדות חושפים תובנות חשובות לגבי היקום שלנו, והתוצאות מרתקות", אמר ד"ר דיוויד הינדמן, דיקן NSM והיו"ר הנכבד של פרנסיס ס. ומורין ג' ג'ונסון. . "זה מעורר השראה לקיים תוכניות מחקר ברמה עולמית כאלה ב-UT Dallas ולראות את המדענים שלנו ממלאים תפקידי מפתח בתגליות בסיסיות."
DESI נבנה ומופעל במימון משרד המדע של משרד האנרגיה (DOE) והוא יושב על גבי טלסקופ 4 מטר ניקולס U. Mayall של הקרן הלאומית למדע (NSF) ב-KPNO, המופעל על ידי ה-NSF NOIRLab. המעבדה הלאומית של לורנס ברקלי מנהלת את ניסוי DESI.
DESI נתמך גם על ידי המרכז הלאומי למחשוב מדעי לחקר האנרגיה, מתקן המחשוב העיקרי של משרד המדע של DOE. תמיכה נוספת עבור DESI מסופקת על ידי ה-NSF; מועצת מתקני המדע והטכנולוגיה של בריטניה; קרן גורדון ובטי מור; קרן הייסינג-סיימון; הוועדה הצרפתית לאנרגיות חלופיות ואנרגיה אטומית; המועצה הלאומית למדעי הרוח, המדעים והטכנולוגיות של מקסיקו; משרד המדע והחדשנות של ספרד; ומוסדות חברי DESI.
שיתוף הפעולה של DESI מתכבד להיות מורשה לערוך מחקר מדעי על Iolkam Du'ag (Kitt Peak), הר בעל חשיבות מיוחדת לאומה של Tohono O'odham.
